DE102019103755A1 - Method for reducing the maximum current drawn by an LED matrix - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft u.a. ein Verfahren zur Reduzierung des Maximums des von einer LED-Matrix aus einer Stromquelle aufgenommenen Stroms, wobei jede LED der LED-Matrix einen pulsweitenmodulierten Strom aus der Stromquelle aufnimmt, wobei jeder LED in einer Taktperiode des pulsweitenmodulierten Stroms ein Einschaltzeitraum zugeordnet ist, in welcher ein Strom durch die LED fließt, und/oder ein Ausschaltzeitraum zugeordnet ist, in welcher kein Strom durch die LED fließt, wobei der Einschaltzeitraum und der Ausschaltzeitraum genau so lang wie die Taktperiode oder kürzer sein können, und in dem Fall, dass der einer der LED zugeordnete Einschaltzeitraum und der dieser LED zugeordnete Ausschaltzeitraum kürzer als eine Taktperiode sind, der Einschaltzeitraum an einem Einschaltzeitpunkt beginnt und an einem Ausschaltzeitpunkt endet und der Ausschaltzeitraum an dem Ausschaltzeitpunkt beginnt und an dem Einschaltzeitpunkt endet.The invention relates to i.a. a method for reducing the maximum of the current consumed by an LED matrix from a current source, each LED of the LED matrix receiving a pulse-width-modulated current from the current source, each LED being assigned a switch-on period in a clock period of the pulse-width-modulated current, in which a Current flows through the LED, and / or a switch-off period is assigned in which no current flows through the LED, the switch-on period and the switch-off period can be exactly as long as the clock period or shorter, and in the event that one of the LEDs The switch-on period assigned and the switch-off period assigned to this LED are shorter than a clock period, the switch-on period begins at a switch-on time and ends at a switch-off time, and the switch-off period begins at the switch-off time and ends at the switch-on time.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung des Maximums des von einem LED-Feld aus einer Stromquelle aufgenommenen Stroms, wobei jede LED des LED-Feldes einen pulsweitenmodulierten Strom aus der Stromquelle aufnimmt, wobei jeder LED in einer Taktperiode des pulsweitenmodulierte Stroms ein Einschaltzeitraum zugeordnet ist, in welchem ein Strom durch die LED fließt, und/oder ein Ausschaltzeitraum zugeordnet ist, in welchem kein Strom durch die LED fließt, wobei der Einschaltzeitraum und der Ausschaltzeitraum genau so lang wie die Taktperiode oder kürzer sein können, und in dem Fall, dass der einer der LED zugeordnete Einschaltzeitraum und der dieser LED zugeordnete Ausschaltzeitraum kürzer als eine Taktperiode sind, der Einschaltzeitraum an einem Einschaltzeitpunkt beginnt und an einem Ausschaltzeitpunkt endet und der Ausschaltzeitraum an dem Ausschaltzeitpunkt beginnt und an dem Einschaltzeitpunkt endet.The invention relates to a method for reducing the maximum current consumed by an LED field from a power source, each LED of the LED field absorbing a pulse-width-modulated current from the power source, each LED being assigned a switch-on period in a clock period of the pulse-width-modulated current, in which a current flows through the LED, and / or a switch-off period is assigned in which no current flows through the LED, wherein the switch-on period and the switch-off period can be exactly as long as the clock period or shorter, and in the event that the a switch-on period assigned to the LED and the switch-off period assigned to this LED are shorter than a clock period, the switch-on period begins at a switch-on time and ends at a switch-off time and the switch-off period begins at the switch-off time and ends at the switch-on time.
Die Pulsweitenmodulation von Strom zum Steuern der Helligkeit von LEDs ist weit verbreitet. Ebenso ist es verbreitet, die Helligkeit von LEDs eines LED-Feldes durch Pulsweitenmodulation einzustellen. In der Regel wird dabei so verfahren, dass die LED zu Beginn einer Taktperiode des PWM-Taktes eingeschaltet und nach dem für das Erreichen der gewünschten Helligkeit gewählten Einschaltzeitraum ausgeschaltet werden. Das Einschalten erfolgt somit für alle LED zeitgleich, das Ausschalten kann für jede LED zu einem anderen Ausschaltzeitpunkt erfolgen, je nach gewähltem Einschaltzeitraum.Pulse width modulation of current to control the brightness of LEDs is widely used. It is also common to adjust the brightness of LEDs in an LED field by means of pulse width modulation. As a rule, the procedure is such that the LED is switched on at the beginning of a cycle period of the PWM cycle and switched off after the switch-on period selected to achieve the desired brightness. Switching on takes place simultaneously for all LEDs, switching off can take place for each LED at a different switch-off time, depending on the selected switch-on period.
Ein Nachteil dieser Vorgehensweise ist, dass die für die Versorgung des LED-Feldes vorgesehene Stromquelle ab dem Einschaltzeitpunkt stark belastet ist. Das führte in der Praxis aufgrund der geringen Stromaufnahme von LEDs bislang zu keinen Einschränkungen. Hersteller von LED-Scheinwerfern planen derzeit LED-Felder mit mehreren zig-Tausend LED einzusetzen. Stromquellen für solche LED-Felder müssen dazu ausgelegt sein, zumindest kurzzeitig zu Beginn einer Taktperiode einen Strom zu liefern, mit dem alle LEDs eines Feldes mit Strom versorgt werden können. Das kann zu zeitlich kurzen Strommaxima mit steilen Flanken führen. Diese können wiederum einen hohen Anteil von Oberschwingungen nach sich ziehen, was u.a. im Hinblick auf die EMV von Nachteil sein kann.A disadvantage of this procedure is that the current source provided for supplying the LED field is heavily loaded from the time it is switched on. In practice, this has not led to any restrictions so far due to the low power consumption of LEDs. Manufacturers of LED headlights are currently planning to use LED fields with several tens of thousands of LEDs. Power sources for such LED fields must be designed to deliver a current at least briefly at the beginning of a clock period with which all LEDs of a field can be supplied with current. This can lead to short current maxima with steep edges. These in turn can result in a high proportion of harmonics, which among other things can be detrimental in terms of EMC.
Hier setzt die Erfindung an.This is where the invention comes in.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit der das Maximum des von einem LED-Feld aufgenommenen Stroms reduziert werden kann.The invention is based on the object of proposing a method and a device with which the maximum of the current consumed by an LED field can be reduced.
Diese Aufgabe wird in einer ersten Variante erfindungsgemäß dadurch gelöst,
- • dass der Einschaltzeitpunkt des Einschaltzeitraums, der einer ersten der LEDs zugeordnet ist, deren Einschaltzeitraum kürzer ist als die Taktperiode, auf einen Zeitpunkt in der Taktperiode festgelegt wird, und
- • dass die Einschaltzeitpunkte der Einschaltzeiträume, die den anderen der LEDs zugeordnet sind, deren Einschaltzeitraum kürzer ist als die Taktperiode, auf einen der Ausschaltzeitpunkte eines Einschaltzeitraums genau einer anderen LED festgelegt werden.
- • that the switch-on time of the switch-on period, which is assigned to a first of the LEDs whose switch-on period is shorter than the clock period, is set to a point in time in the clock period, and
- • that the switch-on times of the switch-on periods that are assigned to the other of the LEDs whose switch-on period is shorter than the clock period are set to one of the switch-off times of a switch-on period of exactly one other LED.
Alternativ wird diese Aufgabe in einer zweiten Variante erfindungsgemäß dadurch gelöst,
- • dass der Ausschaltzeitpunkt des Einschaltzeitraums, der einer ersten der LEDs zugeordnet ist, deren Einschaltzeitraum kürzer ist als die Taktperiode, auf einen Zeitpunkt in der Taktperiode festgelegt wird, und
- • dass die Ausschaltzeitpunkte der Einschaltzeiträume, die den anderen der LEDs zugeordnet sind, deren Einschaltzeitraum kürzer ist als die Taktperiode, auf einen der Einschaltzeitpunkte eines Einschaltzeitraums genau einer anderen LED festgelegt werden.
- • that the switch-off time of the switch-on period, which is assigned to a first of the LEDs whose switch-on period is shorter than the clock period, is set to a point in time in the clock period, and
- • that the switch-off times of the switch-on periods that are assigned to the other LEDs, whose switch-on period is shorter than the clock period, are set to one of the switch-on times of a switch-on period of exactly one other LED.
Durch die erfindungsgemäßen Verfahren werden die Einschaltzeiträume der LEDs, die nicht während der gesamten Taktperiode eingeschaltet werden, aneinandergereiht. Dadurch kann erreicht werden, dass nicht alle LEDs gleichzeitig zum Beginn der Taktperiode eingeschaltet werden.As a result of the method according to the invention, the switch-on periods of the LEDs that are not switched on during the entire clock period are strung together. This means that not all LEDs are switched on at the same time at the beginning of the clock period.
Vorzugsweise wird bei der ersten Variante der Einschaltzeitpunkt der ersten der LEDs auf den Beginn der Taktperiode gelegt. Entsprechend wird bei der zweiten Variante der Einschaltzeitpunkt der ersten der LEDs auf das Ende der Taktperiode gelegt.In the first variant, the switch-on time of the first of the LEDs is preferably set at the beginning of the clock period. Correspondingly, in the second variant, the switch-on time of the first of the LEDs is set at the end of the clock period.
Sollte die Summe der Einschaltzeiten der LED, die nicht während der gesamten Taktperiode eingeschaltet werden, bei der ersten Variante der Erfindung den Zeitraum zwischen dem Einschaltzeitpunkt der ersten LED und dem Ende der Taktperiode übersteigen, wird der Einschaltzeitraum wenigstens einer LED geteilt: Ein erster Teil des Einschaltzeitraums dieser LED wird zwischen den Ausschaltzeitpunkt der vorher eingeschalteten LED und das Ende der Taktperiode gelegt, ein zweiter Teil beginnt mit dem Beginn der Taktperiode und endet am Ausschaltzeitpunkt dieser LED. Die Summe der Längen der beiden Teile ergibt dabei selbstverständlich den Einschaltzeitraum dieser LED. Im Ergebnis wird die LED während einer Taktperiode für den vorgegebenen Einschaltzeitraum eingeschaltet, nämlich am Anfang der Taktperiode während des zweiten Teils des Einschaltzeitraums und am Ende der Taktperiode während des ersten Teils des Einschaltzeitraums.Should the sum of the switch-on times of the LED, which are not switched on during the entire clock period, exceed the period between the switch-on time of the first LED and the end of the cycle period in the first variant of the invention, the switch-on period is divided into at least one LED: A first part of the The switch-on period of this LED is placed between the switch-off time of the previously switched-on LED and the end of the clock period, a second part begins with the start of the clock period and ends at the switch-off time of this LED. The sum of the lengths of the two parts naturally results in the switch-on period of this LED. As a result, the LED is switched on during a clock period for the specified switch-on period, namely on Beginning of the clock period during the second part of the switch-on period and at the end of the clock period during the first part of the switch-on period.
Eine derartige Teilung des Einschaltzeitraums kann mehrfach erfolgen, wenn die Summe der Einschaltzeiten der LED, die nicht während der gesamten Taktperiode eingeschaltet werden, ein Vielfaches einer Taktperiode ist.Such a division of the switch-on period can take place several times if the sum of the switch-on times of the LED that are not switched on during the entire clock period is a multiple of a clock period.
Entsprechend kann auch bei der zweiten Variante der Erfindung der Einschaltzeitraum einer oder mehrerer LEDs geteilt werden, falls die Zeit zwischen dem Ausschaltzeitpunkt der ersten LED und dem Beginn der Taktperiode kleiner ist als die Summe der Einschaltzeiten der LEDs, die nicht während der gesamten Taktperiode eingeschaltet werden.Correspondingly, the switch-on period of one or more LEDs can also be divided in the second variant of the invention if the time between the switch-off time of the first LED and the start of the clock period is less than the sum of the switch-on times of the LEDs that are not switched on during the entire clock period .
Die erfindungsgemäßen Verfahren können mit einem dazu eingerichteten Steuermittel nach Anspruch 9 durchgeführt werden.The method according to the invention can be carried out with a control means according to claim 9 set up for this purpose.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
-
1 Schematisch die Verläufe von pulsweitenmodulierten Strömen durch vier LEDs eines LED-Feldes, -
2 schematisch den Verlauf der gesamten Stromaufnahme der vier LEDs bei einem Verfahren nach dem Stand der Technik und -
3 schematisch den Verlauf der gesamten Stromaufnahme der vier LEDs bei einem Verfahren nach der ersten Variante der Erfindung.
-
1 Schematic of the course of pulse-width modulated currents through four LEDs of an LED field, -
2 schematically the course of the total power consumption of the four LEDs in a method according to the prior art and -
3 schematically the course of the total power consumption of the four LEDs in a method according to the first variant of the invention.
In den
Die LEDs werden mit einem pulsweitenmodulierten Strom
Dementsprechend wird die durch den in der
Die in den
Haben die pulsweitenmodulierten Ströme
Der Stromverlauf des Gesamtstroms
Jeder Sprung hat eine Auswirkung auf die EMV. Außerdem wird durch das Maximum des Gesamtstroms
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Anzahl der Sprünge deutlich reduziert werden und das Maximum des Gesamtstroms
Durch das erfindungsgemäße Verfahren der Variante
Stellt man sich nun anstelle des Beispiels mit vier LEDs eines LED-Feldes ein Beispiel mit mehreren Tausend LEDs eines LED-Feldes vor, kann man sich gut vorstellen, dass sowohl die Anzahl der Sprünge, als auch die Sprunghöhe und das Maximum des Gesamtstroms
Die Erfindung wird dadurch umgesetzt, dass die LEDs, die nicht während einer gesamten Taktperiode eingeschaltet werden, deren Einschaltzeitraum also kürzer ist als die Taktperiode, nicht gleichzeitig zu Beginn der Taktperiode eingeschaltet werden. Diese LEDs werden stattdessen möglichst nacheinander eingeschaltet. Dazu wird eine erste LED, in dem Fall die LED mit dem Stromverlauf
Da der Zeitraum zwischen dem Einschaltzeitpunkt dieser zweiten LED und dem Ende der Taktperiode kleiner ist als der Einschaltzeitraum der zweiten LED, wird der Einschaltzeitraum in zwei Teile geteilt: Ein erster Teil beginnt mit dem Einschaltzeitpunkt der zweiten LED und endet mit dem Ende der Taktperiode. Ein zweiter Teil beginnt mit dem Beginn der Taktperiode und endet am Ausschaltzeitpunkt am Ende des Ausschaltzeitraums der zweiten Taktperiode. Die beiden Teile zusammen ergeben den Einschaltzeitraum der zweiten LED.Since the period between the switch-on time of this second LED and the end of the clock period is shorter than the switch-on period of the second LED, the switch-on period is divided into two parts: A first part begins when the second LED is switched on and ends at the end of the clock period. A second part begins at the beginning of the clock period and ends at the switch-off time at the end of the switch-off period of the second clock period. The two parts together result in the switch-on period of the second LED.
Dadurch, dass der erste Teil am Ende einer Taktperiode und der zweite Teil am Anfang einer Taktperiode liegt, kommt es übrigens nicht dazu, dass die zweite LED öfter ein- oder ausgeschaltet wird, als bei dem herkömmlichen Verfahren. Der erste Teil am Ende einer Taktperiode und der zweite Teil am Anfang einer darauf unmittelbar folgenden Taktperiode gehen in einander über, so dass die zweite LED am Ende einer Taktperiode nicht aus und am Anfang einer Taktperiode nicht eingeschaltet werden muss.Because the first part is at the end of a clock period and the second part at the beginning of a clock period, the second LED is not switched on or off more often than in the conventional method. The first part at the end of a clock period and the second part at the beginning of an immediately following clock period merge, so that the second LED does not have to go off at the end of a clock period and does not have to be switched on at the beginning of a clock period.
Der Einschaltzeitraum der dritten LED (
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- II.
- Stromelectricity
- tt
- Zeittime
- ImaxImax
- maximaler Strommaximum current
- I1 I 1
- pulsweitenmodulierter Strom zur Versorgung der ersten LEDpulse-width modulated current to supply the first LED
- I2 I 2
- pulsweitenmodulierter Strom zur Versorgung der zweiten LEDpulse-width modulated current to supply the second LED
- I3 I 3
- pulsweitenmodulierter Strom zur Versorgung der dritten LEDpulse-width modulated current to supply the third LED
- I4 I 4
- pulsweitenmodulierter Strom zur Versorgung der vierten LEDpulse-width modulated current to supply the fourth LED
- Ig I g
- GesamtstromTotal current
- TT
- TaktperiodeClock period
Claims (9)
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